專利名稱：例如用于光源的電源裝置的制作方法
技術領域：
本公開內容涉及一種電源裝置在各種實施方式中，所作描述可能涉及適于例如與光源如LED光源一起使用的電
源裝置。
背景技術：
附圖中的圖I通過參考示例示出了開關型電源裝置的設計。圖I中整體用10表示的裝置使得能夠從市電交流電壓AC IN例如220V/50Hz或者110V/60HZ對負載L供電，該負載L包括例如一個或若干LED (例如適于用作光輻射源的所謂的LED “串”)。裝置10構造在變壓器T的周圍，變壓器T包括初級繞組Tl和次級繞組T2。初級繞組Tl標識裝置10的“初級”側，“初級”側基本上包括整流器12、穩定網絡14以及至少電子開關16 (例如金屬氧化物半導體場效應晶體管)，電子開關16適于根據由控制器18提供的控制信號交替地接通和關斷。在裝置10的次級側(因此，次級側與初級側隔離)，除了適于對負載L供電的“主”次級繞組T2，還可以設置有用20表示的輔助次級繞組，輔助次級繞組適于對電路部件供電，電路部件諸如確保對裝置10的操作進行控制(主要通過控制器18)的邏輯的供電的邏輯電路22和24。圖I中示出的示例性實施方式具有通過光耦合器(光隔離器)26a、26b而耦接至彼此的電路22和24，使得對于控制信號也確保裝置10的分別與變壓器的初級繞組Tl和次級繞組T2有關的兩部分的電絕緣。圖I中的示圖僅具有示例性功能，其僅旨在總體上介紹可能的電路設計，該可能的電路設計可以更好地服從以下描述的現象。因此，本發明的范圍、特別是各種實施方式絕不限于圖I中的具體的電路布置，該電路布置基本在圖4的示圖中再次示出，這將在以下描述。在諸如圖I示出的裝置中，確保對電路22、24的供電功能具有穩定的電壓電平可能是至關重要的。在負載L變化時，這是例如通過防止電路22和24的、可能引起電路10的不合適的操作的變化(例如電壓變化)來完成的。這一點是正確的，而與圖I中示出的具體的電路拓撲結構無關。在這個方面，應當理解，對在圖中用表示電氣部件的常見符號標示的若干元件沒有進行詳細描述，這樣選擇的目的在于，出于實現實施方式的目的而強調可以用本領域技術人員公知的、功能上等效的方案來代替示出的特定的電路方案。這對于圖2和3來說基本上也是正確的，圖2和3示出了框圖，根據發明人的觀察，即使負載L變化，該框圖仍可以用于確保對電路22和24的穩定的供電。例如，圖2中的示圖示出了給圖I中已經示出的輔助繞組20添加線性調節器20a的可能性。該方案具有效率極低的缺點線性調節器20a必須能夠應對次級繞組20兩端的電壓階躍以及輔助電流的相應的倍增因數。圖2中的布置的另外的固有缺點在于由于兩個次級繞組T2和20的固定的耦接，在次級繞組T2兩端的電壓下降時，輔助次級繞組20兩端的電壓可以達到非常低的電平，低于對輔助邏輯電路22、24供電所需的最小值。這樣的問題可能在包括有LED光源L的負載的情況下出現。特別地，包括有LED 光源L的負載稱為LED “串”，S卩，即使例如，由于為了改變光源的亮度而關閉了一個或若干這樣的LED，即實際上短路，從而由于串內的有效LED的數量變化而導致輸出電壓出現可能的變化，然而，該負載仍然具有恒定的功耗。在更少量的有效LED的情況下，輔助電路20、20a不再能夠產生足以對次級邏輯電路22、24供電的電壓。發明人已經觀察到如示意性地在圖3中示出的那樣，另外的選擇是在主次級繞組T2處布置降壓變換器，同時，通過經由電子開關連接至次級繞組T2的電感器25、根據降壓變換器的典型布置，在帶電電容器23的兩端向邏輯電路22、24饋送供電電壓，其中，電子開關諸如金屬氧化物半導體場效應晶體管27，附圖標記29表示用于在開關27閉合時再循環通過電感器25(和電容器23)的電流的二極管。在金屬氧化物半導體場效應晶體管27接通(即導通)時，降壓變換器的這樣的布置對負載饋電并且對電感器25充電，而在“斷開”階段，即在金屬氧化物半導體場效應晶體管27非導通或者斷開時，電流在負載和二極管29中再循環。圖3中考慮的方案具有效率高的優點。然而，該優點由于相當大數量的部件(帶來必然的成本增加)的存在以及在高電壓輸出的情況下對于相當昂貴的電子開關的需要而被減小，該電子開關諸如金屬氧化物半導體場效應晶體管27。圖3中考慮的方案還會示出輸出電壓的值很低的操作問題。實際上，在這種情況下，降低電壓的降壓電路不能操作，這是因為供電電壓即輸出電壓小于需要用于輔助電源的電壓。

發明內容
本發明的目的是提出一種克服上述布置的缺點的方案。根據本發明，這樣的目的是通過具有后附的要求保護的技術方案中具體提出的特征的裝置來實現的。本發明提出的技術方案包括一種供電裝置，該供電裝置包括變壓器，所述變壓器具有次級繞組，以向負載饋送電流；控制電路，所述控制電路用于所述裝置；輔助電源，所述輔助電源用于所述控制電路，其特征在于，所述輔助電源包括至少一個輸出電容器，在所述至少一個輸出電容器兩端為所述控制電路提供有供電電壓；至少一個電荷積聚電容器，所述至少一個電荷積聚電容器待由饋送給所述負載的電流通過，比較器，所述比較器對所述至少一個電荷積聚電容器上的電壓敏感，以及開關，所述開關置于所述至少一個電荷積聚電容器與所述輸出電容器之間，所述開關耦接至所述比較器，從而，在所述至少一個電荷積聚電容器上的電壓達到參考電平時，所述開關通過將所述至少一個電荷積聚電容器上的電荷轉移到所述輸出電容器上來將所述至少一個電荷積聚電容器耦接至所述輸出電容器。后附的要求保護的技術方案是本文中提供的發明的技術教示的組成部分。在各種實施方式中，設置有輔助電源，以便在存在有不同的負載的情況下仍具有穩定的電壓。在各種實施方式中，輸出電壓可以變化(例如，在LED光源的情況下，由于構成發光串的LED的數量發生變化)，同時，保持輔助供電網的正確操作。
在各種實施方式中，輔助電壓在短路的情況下不變化，這是因為電路即使在有電流通過的情況下仍然能夠正確地操作。由于不存在電壓降且不存在很高的切換頻率，所以，各種實施方式比傳統的方案更高效，在傳統的方案中，線性調節器存在電壓降，降壓變換器存在很高的切換頻率。在各種實施方式中，得到了由可以在低電壓下操作的少量的部件構成的簡單且廉價的電路。


現在，將參照附圖、僅借助于非限制性示例對本發明進行描述，附圖中圖I至3已經在前面進行了描述，圖4是實施方式的框圖，以及圖5和圖6示出了實施方式的實現細節。
具體實施例方式在以下描述中，給出了大量的具體細節，以提供對實施方式的徹底理解。在沒有一個或若干具體細節的情況下或者在有其他方法、部件、材料等的情況下都可以實踐實施方式。在另外的示例中，沒有詳細示出或者描述公知的結構、材料或者操作，以防止使得實施方式的方面含糊不清。貫穿本詳細說明，參照“一個實施方式”或“實施方式”表示結合實施方式描述的特定的特征、結構或特點包括在至少一個實施方式中。從而，貫穿本詳細說明的各個位置處的短語“在一個實施方式中”或者“在實施方式中”的出現不是必須都涉及相同的實施方式。此外，可以在一個或更多個實施方式中以任意合適的方式對特定的特征、結構或者特點進行組合。本文中設置的標題僅僅是為了方便，而不是解釋實施方式的范圍或者含義。圖4中的示圖基本上復制了之前圖I描述的示圖。因此，在圖4中用相同的附圖標記表示與參照圖I描述的那些部分、元件和部件相同或等效的部分、元件和部件，并且下面將不再對其進行詳細描述。參照圖4，再次回想已經結合圖I描述過的內容。圖I和圖4的示圖都必須理解為是切換供電裝置的總體表示，其中，該切換供電裝置包括具有初級繞組Tl以及次級繞組T2的變壓器T，初級繞組Tl連接至市電供電電壓(ACIN)，使用中的次級繞組T2連接有負載L，負載L包括例如LED串。因此，電路級別的具體實現細節對于實施方式的實踐來說既不是相關聯的也不是必須的。基本上，如上所述，無論裝置10的具體拓撲結構如何，目的都是在裝置的“次級”部分內產生輔助供電電壓，該輔助供電電壓可以用于對適于確保裝置10的控制的電路(在此用邏輯電路22、24作為示例)進行供電。目的是獲得在負載L發生任何變化的情況下總體上穩定的輔助供電電壓。以下，鑒于輔助供電電壓可以由負載R12 (圖5和6)來使用，假定使得能夠在用Cp表示的電容器(參見圖4、5和6中的示圖)兩端使用所述輔助供電電壓，其中，各種實施方式中的負載R12都可以具有圖4中示出的結構。要再次回想起這樣的設計僅僅是示例性的，而絕非強制性的。在本說明書中，已經假定所述輔助供電電壓經由整體用50表示的電路獲得，可以認為該電路連接至電流發生器60，該電流發生器60理想地包括次級繞組T2和與該次級繞組T2相關聯的電路，從而向負載L供應穩定的電流值(而不管為了本領域技術人員已知的那些目的中的目的而采用的具體實施方式
是什么)。在圖4至6的示圖中，用次級繞組T2限定的電流發生器被假定為通過母線電容器Cb對負載L供電。在圖5的示圖中以及在圖6的示圖中，附圖標記52表示電子開關，例如金屬氧化物半導體場效應晶體管。另一方面，附圖標記53示出了優選地為遲滯類型的比較器(具有值DV)，該比較器以如下方式連接，該方式使得比較器能夠在電壓Vref以上激活(接通)金屬氧化物半導體場效應晶體管52并且能夠在電壓Vref-DV以下關斷金屬氧化物半導體場效應晶體管52。現在，專注于圖5的示圖，假定金屬氧化物半導體場效應晶體管52初始斷開(非導通)，流過負載L的電流通過二極管Dl，從而經由電阻器R3對電容器Cp3充電，該電阻器R3適于表示電容器的參數甚至是非理想的參數(ESR)。電容器Cp3兩端的電壓(或者電容器Cp3與電阻器R3之間的串聯連接兩端的電壓)通過比較器53來感測。在該電壓達到上參考電平Vref時，比較器53通過接通金屬氧化物半導體場效應晶體管52來對金屬氧化物半導體場效應晶體管52進行操作，這使得(“促使”)電容器Cp3能夠與處于接地電平的負極連接，使得能夠通過二極管D2和電阻器RlI將在此聚集的能量的一部分傳遞至以電壓Vl被充電的電容器Cp兩端。電容器Cp3實際上通過將電容器Cp的電壓抬升至平衡值V2來對電容器Cp充電，使得可以認為現在電容器Cp和Cp3并聯連接至平均電壓V2。現在，輔助負載R12將兩個電容器放電至由Vref-DV給定的下參考電壓。在感測比其閾值(Vref-DV)更低的電壓時，比較器53再次斷開電子開關52，使得電容器Cp3再次以電流I被充電。現在，電容器Cp單獨工作，并且被放電至VI，而電容器Cp3再次充電，以此方式從開始重復上述循環。
圖5中涉及的實施方式設置了電容器Cp3，流經負載L的所述電流通過電容器Cp3，從而對電容器Cp3充電。在這樣的電容器的電荷級別達到給定的參考閾電平時，開關(金屬氧化物半導體場效應晶體管)52被接通，從而將電容器Cp3的充電電壓帶至接地點以上，并且從而將這樣的電容器的能量傳遞給具有輔助供電電壓的電容器Cp。 以這種方式，使得能夠在電容器Cp上使用通過使流經負載L的電流通過電容器Cp3而在電容器Cp3上“浮動地”積聚的能量，如涉及接地的(正)電壓。圖5中涉及的實施方式可以適于用于如下情況，其中，輔助電流(即用于對電容器Cp3充電的電流)小于或者至多等于流經負載L的電流。在需要更大的供電的情況下，可以求助于圖6中示出的布置，其中，用相同的附圖標記表示與已經結合圖5描述的部分或部件相同或等效的部分或元件和部件。在圖6的情況下，在電子開關52斷開時，來自負載L的電流用于(經由相應的二極管D1、D3)對電容器Cpl和Cp2 二者充電。比較器53再次感測其中一個電容器(在當前考慮的情況下，是電容器Cp2)兩端的電壓，或者更具體地，比較器53再次感測電容器Cp2和與其相關聯的電阻器R3”的串聯連接兩端的電壓。在這樣的電壓達到比較器53上設置的閾電平Vref時，所述比較器53操作開關52，使得開關52導通，從而將電容器Cpl和Cp2兩者帶到地電壓電平以上。這產生了第一電流通路，第一電流通路從電容器Cpl開始經過二極管D2、又從二極管D2到達電容器Cp、接著又通過二極管D3返回。建立了另外的通路，該另外的通路從電容器Cp2、經由二極管D5、朝著電容器Cp、并隨后通過二極管D7返回。再次，在比較器53兩端的電壓變得小于下閾電平時，比較器53再次作用于開關52，以將開關52斷開并回復如下情況，其中，鑒于后面的朝著電容器Cp的傳遞，電容器Cpl和Cp2開始再次積聚能量。基本上，圖6中涉及的布置包括對多個電荷積聚單元的使用，電荷積聚單元適于將電荷朝著電容器Cp轉移。當然，在不違背本發明的基本原理并且不偏離如所附權利要求書限定的本發明的范圍的情況下，相對于僅借助于示例已經描述的內容，可以對細節和實施方式進行變化甚至明顯地變化。
權利要求
1.一種供電裝置，包括 變壓器(T)，所述變壓器(T)具有次級繞組(T2)，以向負載(L)饋送電流； 用于所述裝置的控制電路(18,22,24 ；R12)； 用于所述控制電路(18，22，24 ;R12)的輔助電源(50)， 其特征在于，所述輔助電源(50)包括 至少一個輸出電容器(Cp)，在所述至少一個輸出電容器(Cp)兩端為所述控制電路(18，22，24 ；R12)提供有供電電壓； 至少一個電荷積聚電容器(Cp3 ；Cpl, Cp2),所述至少一個電荷積聚電容器(Cp3 ；Cpl,Cp2)待由饋送給所述負載(L)的電流通過， 比較器(53)，所述比較器(53)對所述至少一個電荷積聚電容器(Cp3 ；Cp2)上的電壓敏感，以及 開關(52)，所述開關(52)置于所述至少一個電荷積聚電容器(Cp3 ；Cpl, Cp2)與所述輸出電容器(Cp)之間，所述開關(52)耦接至所述比較器(53)，從而，在所述至少一個電荷積聚電容器(Cp3 ；Cp2)上的電壓達到參考電平時，所述開關(52)通過將所述至少一個電荷積聚電容器(Cp3 ;Cpl，Cp2)上的電荷轉移到所述輸出電容器(Cp)上來將所述至少一個電荷積聚電容器(Cp3 ；Cpl, Cp2)耦接至所述輸出電容器(Cp)。
2.根據權利要求I所述的裝置，其中，所述至少一個電荷積聚電容器(Cp3；Cpl, Cp2)與所述次級繞組(T2)串聯連接。
3.根據權利要求I或2所述的裝置，其中，所述開關(52)在所述裝置(10)的接地與所述至少一個電荷積聚電容器(Cp3 ；Cpl, Cp2)的電容器板中的一個電容器板之間起作用，從而，在所述開關(52)接通時，所述開關(52)迫使所述至少一個電荷積聚電容器(Cp3 ；Cpl,Cp2)上的電荷在所述裝置(10)中的接地點以上。
4.根據上述權利要求中任一項所述的裝置，其中，所述比較器(53)是具有遲滯的比較器，所述比較器被配置成針對所述至少一個電荷積聚電容器(Cp3 ；Cp2)上的電壓的上電平和下電平而分別接通和關斷所述開關(52)。
5.根據上述權利要求中任一項所述的裝置，其中， 多個所述電荷積聚電容器(Cpl，Cp2)被設置成由饋送給所述負載(L)的電流通過， 所述比較器(53)對所述多個電荷積聚電容器(Cpl，Cp2)中的一個電荷積聚電容器(Cp2)上的電壓敏感， 所述開關(52)置于所述多個電荷積聚電容器(Cpl, Cp2)與所述輸出電容器(Cp)之間，所述開關(52)耦接至所述比較器(53)，從而，在所述多個電荷積聚電容器(Cpl，Cp2)中的所述一個電荷積聚電容器(Cp2)兩端的電壓達到參考電平時，所述開關(52)通過將所述多個電荷積聚電容器(Cpl, Cp2)上的電荷轉移到所述輸出電容器(Cp)上來將所述多個電荷積聚電容器(Cpl，Cp2)耦接至所述輸出電容器(Cp)。
6.根據上述權利要求中任一項所述的裝置，其中，所述開關(52)是電子開關，例如金屬氧化物半導體場效應晶體管。
7.根據上述權利要求中任一項所述的裝置，其中，所述負載(L)是光源，例如LED光源。
全文摘要
一種供電裝置，包括具有次級繞組(T2)以向負載(L)饋送電流的變壓器(T)、控制電路(18，22，24；R12)、以及用于控制電路的輔助電源(50)。輔助電源包括至少一個輸出電容器(Cp)，在其兩端為控制電路提供有供電電壓；至少一個電荷積聚電容器(Cp3；Cp1；Cp2)，適于由被饋送給負載的電流通過；比較器(53)，對所述至少一個電荷積聚電容器(Cp3；Cp2)上的電壓敏感；開關(52)，置于所述至少一個電荷積聚電容器與所述輸出電容器之間并耦接至比較器，從而，在所述至少一個電荷積聚電容器上的電壓達到參考電平時，開關通過將所述至少一個電荷積聚電容器上的電荷轉移到輸出電容器上來將電荷積聚電容器耦接至輸出電容器。
文檔編號H02M7/217GK102624259SQ20121000476
公開日2012年8月1日 申請日期2012年1月9日 優先權日2011年1月11日
發明者保羅·德安娜, 達尼埃萊·盧卡托 申請人:歐司朗股份有限公司